數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種？

數控機床（chuáng）為了能在工（gōng）件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔（fǔ）助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤差，必須（xū）帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應當滿足換刀（dāo）時間短、刀具重複定（dìng）位精度高、刀具儲（chǔ）存量足夠、刀庫占地麵積小以及安全可靠等基本要求。

一、自動換刀（dāo）裝置的形式（shì）

1．回轉刀架（jià）換刀

回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常（cháng）用於數控（kòng）車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著（zhe）四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置（zhì）的指令換刀（dāo）。

回轉刀架在結構上必須具有良（liáng）好的強度和剛度，以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。由於車削加（jiā）工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說（shuō），加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可（kě）靠的定位方案（àn）和合理（lǐ）的定位（wèi）結構，以保證回轉刀架在（zài）每次轉（zhuǎn）位之（zhī）後，具有盡可能高的（de）重複定位精（jīng）度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀架（jià）的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）

更換主軸換刀（dāo）是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較（jiào）簡單的換刀方式。這種主軸頭實際（jì）上就

是一個轉塔刀庫（kù）。

主軸頭有臥（wò）式（shì）和立式兩種，通常用轉（zhuǎn）塔的轉（zhuǎn）位來更換主軸頭，以實現自（zì）動換刀。在轉塔的各個主軸上（shàng），預先安裝有各工序所（suǒ）需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀（dāo）具旋轉（zhuǎn）。而其它處於不加工位置上（shàng）的主軸都與主（zhǔ）運動脫開。

這種（zhǒng）更換主軸換刀裝置，省去了自動鬆、夾、卸刀（dāo）、裝刀以及刀具搬運（yùn）等一係（xì）列的（de）複雜操（cāo）作（zuò），從而縮短（duǎn）了（le）換刀時間，並提高了換刀的可靠性（xìng）。但（dàn）是由於空間（jiān）位置的限製（zhì），使主軸部件（jiàn）結構尺寸不能太大，因而影（yǐng）響（xiǎng）了（le）主軸係統的剛性。為了保證主軸的剛性（xìng），必須限（xiàn）製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常隻適用於工序較少、精度要求不（bú）太高的機床，例如數控（kòng）鑽（zuàn）、銑床等。

3.帶刀庫的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太（tài）多，不（bú）能滿（mǎn）足複雜零件的加（jiā）工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中使用的（de）全部刀具分別（bié）安裝在標準刀（dāo）柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方式（shì）放入刀（dāo）庫。換刀時，先（xiān）在刀庫中選刀，再由換刀裝（zhuāng）置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交（jiāo）換，將（jiāng）新刀裝入（rù）主軸，舊刀放回刀庫。刀（dāo）庫具有較大的容量，既可（kě）安裝在主（zhǔ）軸箱的（de）側麵或上方。由於帶刀（dāo）庫的自（zì）動換刀裝置的（de）數控機床（chuáng）的主軸箱內隻有一根（gēn）主軸，主軸部件（jiàn）的剛度要高，以（yǐ）滿足精密加工要求。

另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行複雜零件的（de）多工序加工，大大提（tí）高了機床的適應性和加工效率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控鑽削中心和加工中心。

二、刀庫和刀具的選擇方式

1.刀庫類型（xíng）

刀庫的作用是儲備（bèi）一定數量的刀具，通過機械手實現（xiàn）與主（zhǔ）軸上刀具的（de）互換。刀庫的類型（xíng）有盤式（shì）刀庫、鏈式刀庫（kù）等多種形式，刀庫（kù）的形式和（hé）容量要根據機床的（de）工藝範圍來確定。圖7-16所（suǒ）示的盤式刀庫，刀具（jù）的方向（xiàng）與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸上的刀具正好（hǎo）對準刀庫（kù）最下（xià）麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控（kòng）製下，鬆開刀柄，盤式刀庫（kù）向前運動，拔（bá）出主軸上的（de）刀（dāo）具（jù），然後刀庫將下一個工（gōng）序（xù）所用的刀具旋轉至（zhì）與主軸對準（zhǔn）的位置，刀庫後退將新刀具插入主軸孔（kǒng）中，主（zhǔ）軸夾緊刀柄，主（zhǔ）軸箱下降到工作位置，完成換刀任務，進行（háng）下道工序的（de）加工。此換刀裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加工中（zhōng）心。

對於刀庫容（róng）量需要較大的加工中（zhōng）心可采用鏈式（shì）刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀（dāo）庫容量較大，鏈環的形狀可根據機床（chuáng）的（de）布局製成（chéng）各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加刀具數量時（shí），隻需增（zēng）加鏈條（tiáo）的長度即（jí）可（kě），給刀（dāo）庫設計與（yǔ）製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇方式

一般的刀庫內存放有（yǒu）多把刀具，每次換刀前要進（jìn）行選刀，常用的選刀（dāo）方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀（dāo）是在加工之前，將加工零件所需（xū）刀具按照工藝要求依次插入刀（dāo）庫（kù）的（de）刀套中，加工是按順序調刀（dāo），加工（gōng）不同的工件時必須重（chóng）新調整（zhěng）刀庫中的刀具順序。其優點（diǎn）是（shì）刀庫的驅（qū）動和控製都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量（liàng）較大（dà）、工件品種數量較少的中、小（xiǎo）型數控機（jī）床的自動換刀。

隨著數控（kòng）係統的發（fā）展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記（jì）憶式等（děng）三種。

3. 刀具編碼方式

刀具編碼或（huò）刀套（tào）編碼需要在刀具或刀套上安裝用於識別的編碼條，一般都（dōu）是根據二進製編碼的原理進行編碼。刀具編（biān）碼選刀（dāo）方式采用了一種特（tè）殊的刀柄結構，並對每把刀具編碼。每把刀具都具有（yǒu）自己的（de）代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的（de）刀具不用（yòng）放回原刀座（zuò），刀庫的容量也可相應減少。但每把（bǎ）刀具上都帶（dài）有專用的編碼環，刀具長度加（jiā）長，製造困難，刀庫和機械手的結構變複雜。刀套編碼的方式（shì）是一把刀具隻對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回（huí）同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。目（mù）前在加（jiā）工中心上大量使用記（jì）憶式的方式。這種方式能將刀具號和刀庫中（zhōng）的刀套位置對應地記憶在數（shù）控係統的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內，刀具信息都（dōu）始終記存在PLC內。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置信息。這樣刀具就可以（yǐ）任意取出並（bìng）送回。刀庫上還設有機械（xiè）原點，使每次選刀（dāo）時就近選取。

三、刀具（jù）交換裝置

數控機床的自動換刀裝置（zhì）中，實現刀庫與機床主軸（zhóu）之間傳遞和裝卸刀（dāo）具的裝置稱為刀具交換裝置（zhì）。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交（jiāo）換以（yǐ）及采用機械手（shǒu）交換刀具。利用刀庫（kù）與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時必（bì）須首（shǒu）先將（jiāng）用過的刀具送回刀庫，然後再從刀庫（kù）中取出新刀具，兩個動作不能同時（shí）進行，換刀（dāo）時（shí）間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能夠同時抓取（qǔ）和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進（jìn）一步縮短。采用機械手進行刀具交換的方式應用最廣（guǎng）泛。這是因為機械手換刀靈活（huó），動作快，而且結構簡單。機械手能夠（gòu）完成抓刀—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列動作。為了防止刀具掉落（luò），機械（xiè）手（shǒu）的活動爪都帶有自鎖機構。